PIC16F87X

11.2 Выбор источника тактовых импульсов для АЦП

Время получения одного бита результата определяется параметром TAD. Для 10-разрядного результата требуется как минимум 12TAD. Параметры тактового сигнала для АЦП определяются программно, TAD может принимать следующие значения:

•2TOSC;

•8TOSC;

•32TOSC;

•Внутренний RC генератор модуля АЦП (2-6мкс).

Для получения корректного результата преобразования необходимо выбрать источник тактового сигнала АЦП, обеспечивающий время TAD не менее 1.6 мкс.

В таблице 11-1 указано максимальное значение тактовой частоты микроконтроллера для каждого режима синхронизирующего сигнала АЦП.

Таблица 11-1 Максимальное значение FOSC удовлетворяющие требованию к TAD (для микроконтроллеров с нормальным диапазоном напряжения питания (F))

Примечания:

1. Типовое значение времени TAD RC генератора АЦП равно 4мкс, может варьироваться от 2мкс до 6мкс.

2.Когда тактовая частота микроконтроллера больше 1МГц, рекомендуется использовать RC генератор АЦП только для работы в SLEEP режиме.

3.Для микроконтроллеров с расширенным диапазоном напряжений питания (LF) данные параметры смотрите в разделе электрических характеристик.

11.3 Настройка аналоговых входов

Регистры ADCON1, TRISA и TRISE отвечают за настройку выводов АЦП. Если выводы микросхемы настраиваются как аналоговые входы, то при этом должны быть установлены соответствующие биты в регистре TRIS. Если соответствующий бит сброшен в '0', вывод микросхемы настроен как цифровой выход со значениями выходных напряжений VOH или VOL.

Модуль АЦП функционирует независимо от состояния битов CHS2:CHS0 и битов TRIS.

Примечания:

1. При чтении содержимого регистра порта нули будут установлены в тех разрядах, которые были настроены как аналоговые входы. Настроенные на цифровой вход каналы будут преобразовывать входные аналоговые уровни в цифровые, что однако не окажет влияния на точность преобразования.

2.Значения напряжений, подаваемых на выводы, настроены как аналоговые входы, включая выводы (AN7:AN0), могут влиять на ток потребления входного буфера, который может выйти за пределы значений, оговоренных в технической спецификации.

11.4 Аналого-цифровое преобразование

Сброс бита GO/-DONE в '0' во время преобразования приведет к его прекращению. При этом регистры результата (ADRESH:ADRESL) не изменят своего содержимого. После досрочного завершения преобразования необходимо обеспечить временную задержку 2TAD. Выдержав требуемую паузу, можно начать новое преобразования установкой бита GO/-DONE в '1'.

На рисунке 11-3 показана последовательность получения результата после установки бита GO/-DONE в '1'.

Примечание. Бит GO/-DONE и бит включения АЦП должны устанавливаться разными командами.

Рис. 11-3 Последовательность получения результата после установки бита GO/-DONE в '1'

11.4.1 Выравнивание результата преобразования

10-разрядный результат преобразования сохраняется в спаренном 16-разрядном регистре ADRESH:ADRESL. Запись результата преобразования может выполняться с правым или левым выравниванием, в зависимости от значения бита ADFM (см. рисунок 11-4). Не задействованные биты регистра ADRESH:ADRESL читаются как ‘0’. Если модуль АЦП выключен, то 8-разрядные регистры ADRESH и ADREL могут использоваться как регистры общего назначения.

Рис. 11-4 Выравнивание результата аналого-цифрового преобразования

11.5 Работа модуля АЦП в SLEEP режиме

Модуль АЦП может работать в SLEEP режиме микроконтроллера при условии, что источником импульсов преобразования АЦП будет внутренний RC генератор (ADCS1:ADCS0=11). При выборе RC генератора импульсов модуль АЦП сделает задержку в один машинный цикл перед началом преобразования. Это позволяет программе пользователя выполнить команду SLEEP, тем самым уменьшить “цифровой шум” во время преобразования. После завершения преобразования аппаратно сбрасывается бит GO/-DONE в '0', результат преобразования сохраняется в регистре ADRESH:ADRESL. Если разрешено прерывание от АЦП, то микроконтроллер выйдет из режима SLEEP. Если же прерывание было запрещено, то после преобразования модуль АЦП будет выключен, хотя бит ADON останется установленным.

Если был выбран другой источник тактовых импульсов АЦП (не внутренний RC генератор), то выполнение программой инструкции SLEEP прервет процесс преобразования и выключит модуль АЦП, оставив установленным бит ADON. Выключение модуля АЦП уменьшит ток потребления микроконтроллера.

Примечание. Для работы модуля АЦП в SLEEP режиме необходимо выбрать внутренний RC генератор (ADCS1:ADCS0=11), инструкция SLEEP должна быть выполнена сразу после команды, устанавливающей бит

GO/-DONE в '1'.

11.6 Эффект сброса

При сбросе микроконтроллера значения всех его регистров устанавливаются по умолчанию. Сброс выключает модуль АЦП, а также останавливает процесс преобразования, если он был начат. Все выводы, используемые модулем АЦП, настраиваются как аналоговые входы.

Регистры ADRESH, ADRESL после сброса POR будут содержать неизвестное значение, а после остальных видов сброса не изменят своего значения.

Таблица 11-2 Регистры и биты, связанные с работой модуля АЦП

Обозначения: - = не используется, читается как 0; u = не изменяется; x = не известно; q = зависит от условий. Примечание*. Эти регистры/биты в микроконтроллерах PIC16F873, PIC16F876 не реализованы.

12.0Особенности микроконтроллеров PIC16F87X

Внастоящее время, устройства работающие в режиме реального времени часто содержат микроконтроллер как основной элемент схемы. PIC16F87X имеют много усовершенствований повышающие надежность системы, снижающие стоимость устройства и число внешних компонентов. Микроконтроллеры PIC16F87X имеют режимы энергосбережения и возможность защиты кода программы.

Основные достоинства:

•Выбор тактового генератора

•Сброс:

-сброс по включению питания (POR);

-таймер включения питания (PWRT);

-таймер запуска генератора (OSC);

-сброс по снижению напряжения питания (BOR).

•Прерывания

•Сторожевой таймер (WDT)

•Режим энергосбережения (SLEEP)

•Защита кода программы

•Область памяти для идентификатора

•Внутрисхемное программирование по последовательному порту (ICSP)

•Режим низковольтного последовательного программирования

•Режим внутрисхемной отладки (ICD)

Вмикроконтроллеры PIC16F87X встроен сторожевой таймер WDT, который может быть выключен только в битах конфигурации микроконтроллера. Для повышения надежности сторожевой таймер WDT имеет собственный RC генератор.

Дополнительных два таймера выполняют задержку старта работы микроконтроллера. Первый, таймер запуска генератора (OST), удерживает микроконтроллер в состоянии сброса, пока не стабилизируется частота тактового генератора. Второй, таймер включения питания (PWRT), срабатывает после включения питания и удерживает микроконтроллер в состоянии сброса в течение 72мс (типовое значение), пока не стабилизируется напряжение питания. В большинстве приложений эти функции микроконтроллера позволяют исключить внешние схемы сброса.

Режим SLEEP предназначен для обеспечения сверхнизкого энергопотребления. Микроконтроллер может выйти из режима SLEEP по сигналу внешнего сброса, по переполнению сторожевого таймера или при возникновении прерываний.

Выбор режима работы тактового генератора позволяет использовать микроконтроллеры в различных приложениях. Режим тактового генератора RC позволяет уменьшить стоимость устройства, а режим LP снизить энергопотребление. Биты конфигурации микроконтроллера используются для указания режима его работы.

Дополнительную информацию по работе с микроконтроллерами PIC16F87X смотрите в технической документации DS33023 "PICmicro™ Mid-Range Reference Manual".

12.1 Биты конфигурации

Биты конфигурации расположены в памяти программ по адресу 2007h, они могут быть запрограммированы в ‘0’ или оставленными в ‘1’. Заметьте, что адрес 2007h расположен за пределами пользовательской памяти программ. Фактически, к конфигурационному регистру (область памяти 2000h - 3FFFh) можно обратиться только в режиме программирования микроконтроллера.

бит 11: DEBUG: Бит включения режима внутрисхемной отладки

1 = внутрисхемная отладка выключена, выводы RB6 и RB7 работают как каналы вводы/вывода 0 = внутрисхемная отладка включена, выводы RB6 и RB7 используются отладчиком

бит 10: Не реализован: читается как '1'

бит 9: WRT: Бит разрешения записи во FLASH память программ

1 = разрешена запись во FLASH память программ через регистры управления EECON 0 = запрещена запись во FLASH память программ через регистры управления EECON

бит 8: CPD: Бит защиты EEPROM памяти данных 1 = защита памяти данных выключена 0 = защита памяти данных включена

бит 7: LVP: Бит разрешения низковольтного программирования

1 = вывод RB3/PGM работает как PGM, режим низковольтного программирования включен

0 = вывод RB3/PGM работает как цифровой порт ввода/вывода, вывод HV используется для программирования микроконтроллера

бит 6: BODEN: Бит разрешения сброса по снижению напряжения питания (3) 1 = разрешен сброс BOR

0 = запрещен сброс BOR

бит 3: -PWRTE: Бит разрешения работы таймера включения питания (3) 1 = PWRT выключен

0 = PWRT включен

бит 2: WDTE: Бит разрешения работы сторожевого таймера 1 = WDT включен

0 = WDT выключен

биты 1-0: FOSC1:FOSC0: Биты выбора режима тактового генератора 11 = RC генератор

10 = HS генератор

01 = XT генератор

00 = LP генератор

Примечания:

1. При стирании всей памяти микроконтроллера в слово конфигурации записывается значение 3FFFh.

2.Чтобы установить защиту памяти программ, все пары CP1:CP0 должны иметь одинаковое значение.

3.При возникновении сброса по снижению напряжения питания (BOR) автоматически запускается таймер PWRT, независимо от состояния бита -PWRTE.

12.2 Настройка тактового генератора

12.2.1 Режимы тактового генератора

Микроконтроллеры PIC16F87X могут работать в одном из четырех режимов тактового генератора. Указать режим тактового генератора можно при программировании микроконтроллера в битах конфигурации (FOSC1:FOSC0):

•LP - низкочастотный резонатор;

•XT - обычный резонатор;

•HS - высокочастотный резонатор;

•RC - внешняя RC цепочка.

12.2.2 Кварцевый/керамический резонатор

В режимах тактового генератора XT, LP и HS кварцевый или керамический резонатор подключается к выводам OSC1/CLKIN, OSC2/CLKOUT (см. рисунок 12-1). Для микроконтроллеров PIC16F87X нужно использовать резонаторы с параллельным резонансом. Использование резонаторов с последовательным резонансом может привести к получению тактовой частоты, не соответствующей параметрам резонатора. В режимах XT, LP и HS микроконтроллер может работать от внешнего источника тактового сигнала OSC1 (см. рисунок 12-2).

Примечания:

1. Смотрите таблицы 12-1, 12-2 для выбора емкости конденсаторов.

2.Для некоторых типов резонаторов может потребоваться последовательно включенный резистор.

3.Значение сопротивления RF варьируется в зависимости от выбранного режима генератора.

Примечания:

1. Большая емкость увеличивает стабильность генератора, но увеличивается и время запуска.

2.Значения емкости конденсаторов, указанные в таблице, являются оценочными, т.к. каждый резонатор имеет собственные характеристики. Проконсультируйтесь у производителя резонаторов для правильного подбора внешних компонентов.

3.Последовательный резистор Rs может потребоваться в HS и XT режиме для предотвращения возбуждения резонатора на низкой частоте.

4.При переходе к другим типам микроконтроллеров PICmicro необходимо проверить режим тактового генератора.

12.2.3RC генератор

В приложениях, не требующей высокостабильной тактовой частоты, возможно использовать RC режим генератора, уменьшающий стоимость устройства. Частота RC генератора зависит от напряжения питания, значения сопротивления (REXT), емкости (CEXT) и рабочей температуры. Дополнительно частота будет варьироваться в некоторых пределах из-за технологического разброс параметров кристалла. Различные паразитные емкости также будут влиять на частоту генератора, особенно при малых значениях CEXT. Необходимо учитывать технологический разброс параметров внешних компонентов R и C. На рисунке 12-3 показана схема подключения RC цепочки к PIC16F87X.

Рис. 12-3 Схема подключения RC цепочки PIC16F87X

12.3 Сброс

PIC16F87X различает следующие виды сбросов:

•Сброс по включению питания POR;

•Сброс по сигналу -MCLR в нормальном режиме работы;

•Сброс по сигналу -MCLR в SLEEP режиме;

•Сброс от WDT в нормальном режиме работы;

•Сброс от WDT в режиме SLEEP;

•Сброс по снижению напряжения питания BOR.

Некоторые регистры не изменяются после любого вида сброса, но после сброса по включению питания POR они содержат неизвестное значение. Большинство регистров сбрасываются в начальное состояние при сбросах POR, BOR, -MCLR и WDT в нормальном режиме, -MCLR в режиме SLEEP. Сброс WDT в SLEEP режиме рассматривается как возобновление нормальной работы и на значение регистров не влияет. Биты -TO и -PD принимают определенные значения при различных видах сброса (см. таблицу 12-4). Программное обеспечение может использовать эти биты для детектирования вида сброса микроконтроллера. Состояние регистров специально назначения после сброса смотрите в таблице 12-6.

Упрощенная структурная схема сброса показана на рисунке 12-4.

На входе -MCLR есть внутренний фильтр, не пропускающий короткие импульсы. Необходимо отметить, что сброс WDT не управляет выводом -MCLR.

Рис. 12-4 Упрощенная структурная схема сброса

Примечание 1. Это отдельный RC генератор.

12.4 Сброс по включению питания POR

Интегрированная схема POR удерживает микроконтроллер в состоянии сброса, пока напряжение VDD не достигнет требуемого уровня (от 1.2В до 1.7В). Для включения схемы POR необходимо соединить вывод -MCLR с VDD через резистор, не требуя внешней RC цепочки, обычно используемой для сброса. Максимальное время нарастания VDD смотрите в разделе «электрические характеристики». Схема POR не выполняет сброс микроконтроллера при снижении напряжения VDD.

Когда микроконтроллер переходит в режим нормальной работы из состояния сброса, рабочие параметры (напряжение питания, частота, температура и т.д.) должны соответствовать указанным в разделе «электрические характеристики». Если рабочие параметры не удовлетворяют требованиям, микроконтроллер должен находиться в состоянии сброса.

Дополнительную информацию смотрите в документации AN607 "Power-up Trouble Shooting".

12.5 Таймер включения питания PWRT

Таймер включения питания обеспечивает задержку в 72мс (номинальное значение) по сигналу схемы сброса POR. Таймер включения питания работает от внутреннего RC генератора и удерживает микроконтроллер в состоянии сброса по активному сигналу от PWRT. Задержка PWRT позволяет достигнуть напряжению VDD номинального значения.

Битом -PWRTE в слове конфигурации можно выключить (-PWRTE=1) или включить (-PWRTE=0) таймер включения питания. Время задержки PWRT варьируется в каждом микроконтроллере и зависит от напряжения питания и температуры (см. раздел «электрические характеристики» параметр 33).

12.6 Таймер запуска генератора OST

Таймер запуска генератора обеспечивает задержку в 1024 такта генератора (вход OSC1) после окончания задержки от PWRT (если она включена). Это гарантирует, что частота кварцевого/керамического резонатора стабилизировалась. Задержка OST включается только в режимах HS, XT и LP тактового генератора после сброса POR или выхода микроконтроллера из режима SLEEP.

12.7 Сброс по снижению напряжения питания BOR

Битом BODEN в слове конфигурации можно выключить (BODEN = 0) или включить (BODEN = 1) детектор снижения напряжения питания. Если напряжение VDD опускается ниже 4.0В (см. параметр D005 VBOR) на время больше(или равное) TBOR (см. параметр 35, 100мкс), произойдет сброс по снижению напряжения питания. Если длительность снижения напряжения питания меньше TBOR, сброс микроконтроллера не произойдет.

При любом виде сброса (POR, -MCLR, WDT и т.д.) микроконтроллер находится в состоянии сброса, пока напряжение VDD не будет выше VBOR. После нормализации напряжения питания микроконтроллер находится в

состоянии сброса еще 72мс (см. параметр 33, TPWRT).

Если напряжение питание VDD стало ниже VBOR во время работы таймера по включению питания, микроконтроллер возвращается в состояние сброса BOR, а таймер инициализируется заново. Каждый переход напряжения питания VDD через границу VBOR инициализирует PWRT , создавая задержку в 72мс. При включении схемы BOD всегда нужно включать таймер PWRT.

12.8 Последовательность удержания микроконтроллера в состоянии сброса

При включении питания выполняется следующая последовательность удержание микроконтроллера в состоянии сброса: сброс POR, задержка PWRT (если она разрешена), задержка OST (после завершения задержки PWRT). Полное время задержки изменяется в зависимости от режима работы тактового генератора и состояния бита -PWRTE.

Если сигнал -MCLR удерживается в низком уровне достаточно долго (дольше времени всех задержек), после перехода -MCLR в высокий уровень программа начнет выполняться немедленно (см. рисунок 14-10). Это может быть полезно при одновременном запуске нескольких микроконтроллеров, работающих параллельно.

В таблице 12-5 показано состояние некоторых регистров специального назначения.

12.9 Регистр PCON

Регистр PCON (адрес 8Eh) содержит два бита статуса питания.

Бит 0 - -BOR (детектор пониженного напряжения питания)

Бит -BOR имеет неопределенное значение после сброса POR. Пользователь должен программно установить бит -BOR в ‘1’ и проверять его состояние при возникающих сбросах микроконтроллера. Ели -BOR =0, то произошел сброс по снижению напряжения питания (BOR). Бит -BOR не устанавливается в ‘1’ аппаратно и имеет непредсказуемое значение, если детектор пониженного напряжения питания выключен (BODEN=0).

Бит 1 - -POR (сброс по включению питания)

Бит сбрасывается в ‘0’ при возникновении сброса POR. Пользователь должен программно установить этот бит в ‘1’ после сброса по включению питания. При последующих сбросах, если -POR=0 то произошел сброс по включению питания (или напряжение VDD стало слишком низким).

Обозначения: - = не используется, читается как '0'; u = не изменяется; x = не известно.

Примечание 1. При выходе из режима SLEEP по возникновению прерывания, если GIE=1, в счетчик команд PC загружается вектор прерываний (0004h).